矫形器和运动训练对青少年特发性脊柱侧凸的效果比较

刘巍，吴会东，刘垚，石田真，敖丽娟，陈茉弦，王聪，蒋飞云

1.昆明医科大学，云南昆明市650500；2.香港理工大学生物医学工程系，香港999077

青少年特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)定义为：无明确病因，10岁至骨骼发育成熟期间脊柱向侧方弯曲、Cobb角大于10°的脊柱畸形，严重的AIS不仅会导致躯干外观畸形和运动功能障碍，还可能因为胸廓畸形导致心肺功能异常[1]。此外，脊柱侧凸所致的畸形也会影响患者心理的健康成长。

目前应用矫形器治疗Cobb角25°～40°的AIS患者，疗效已经得到普遍认可，而应用运动训练治疗该人群的疗效尚存争议[2-3]。本文通过开展矫形器治疗和运动训练治疗AIS的对照研究，探讨两种治疗方法对AIS患者心理状况和生活质量的影响，旨在为该人群的保守治疗提供新思路[4-5]。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2017年7月至2018年2月，收集于昆明医科大学附属医院就诊并被确诊为特发性脊柱侧凸的患者共55例。

纳入标准[6]：①年龄10～16岁；②Risser征0～Ⅳ度；③主侧凸Cobb角25°～40°；④此前未接受过矫形器或手术治疗；⑤女性距离月经初潮1年以内。

排除标准：①诊断为非特发性脊柱侧凸(先天性脊柱侧凸、姿势性脊柱侧凸、神经肌肉型脊柱侧凸、代偿性脊柱侧凸等)；②生长发育已经完全(6个月内身高增加＜1 cm、Risser征Ⅳ度以上、距离月经初潮2年以上的女性)；③顶椎在T7以上平面；④显著认知缺陷无法完成问卷调查；⑤有无法进行运动训练的疾病。

剔除标准：①依从性较差，未按要求完成治疗；②接受其他可能对试验结果影响较大的治疗方法；③最终资料不全，无法判定疗效。

试验开始前，课题组告知患者运动训练和矫形器治疗的全套方案，由患者及家属自行决定治疗方法，最终进入运动训练组25例，矫形器组30例。两组一般资料无显著性差异(P＞0.05)。见表1。

本研究已通过昆明医科大学医学伦理委员会审查批准，患者入组前均签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 矫形器

矫形器类型：硬塑料对称型胸腰骶矫形器(thoraco lumbo sacral orthosis,TLSO)，从腋下延伸至骨盆[6]。

矫形器制作：矫形器均由附属医院具有AIS治疗经验的医生进行专业评估并根据患者自身的侧凸情况开具矫形器处方，由专业矫形师定制。

矫形器佩戴时间：前2周进行适应性穿戴，并逐渐增加穿戴时间，2周后延长至每天22 h，其余时间用于处理个人卫生。

表1 两组一般资料比较

随访：每3至6个月由接诊医生和矫形师对患者的矫形器进行评估，根据患者侧凸矫正及进展情况、患者的生长发育情况对矫形器进行调整或重新制作[7-8]。

1.2.2 运动训练

由附属医院康复医学科有脊柱侧凸运动训练治疗经验的物理治疗师进行。患者每月到院接受一次时长为1.5 h的运动指导和纠正训练课程，教授患者及家属新的运动训练方法，纠正错误的自我训练方式。患者每周2 d至本院进行一次时长为40 min的在院运动训练；其余5 d患者每天在家中父母的帮助下进行一次时长为40 min的训练[9]。具体训练方法如下。

姿势纠正：通过视觉(镜子)和触觉(多种姿势下接触的不同状态)引导，让患者意识到自己放松状态下的身体姿势、身体姿势中的缺陷成分及主动自我矫正的作用。

主动自我矫正。①冠状面：治疗师一手手指置于侧凸顶部棘突上，引导患者感受侧凸顶部，并使侧凸顶部向凹侧移动；治疗师另一手置于凸侧协腹部进行保护[10]。②矢状面：用一根垂直木棒帮助患者感受脊柱的4个生理弯曲，然后让胸椎侧凸患者做胸椎后移运动，腰椎侧凸患者做骨盆前倾运动，以最大程度恢复患者脊柱的生理弯曲，掌握后移除垂直木棒。③水平面：联合进行冠状面和矢状面的主动自我矫正运动。在完成上述动作的学习后，患者即自行进行独立练习，并尽可能在所有站立训练中融入主动自我矫正训练。

正确姿势下的肌肉耐力加强训练：教授患者在主动自我矫正姿势下自行对脊柱侧凸相关肌肉(椎旁肌、腹肌、下肢肌肉、肩甲带肌和肱骨带肌)进行1/3～2/3最大负荷的等长收缩训练。

平衡反应训练：教授患者在主动自我矫正姿势下自行进行轴向、静态和动态的躯干平衡训练。

神经运动整合：将主动自我矫正训练和日常生活中的全身运动相融合，如指导患者按正常步态行走等。

有氧运动和引导患者积极对待身体外观：告知患者避免进行增加脊柱活动范围的激烈体育运动，鼓励患者进行日常休闲有氧活动。

1.3 评定方法

1.3.1 首次评估

①Cobb角：于X线片上确定主侧凸的上端椎和下端椎，沿上端椎的上缘画一条直线，沿下端椎的下缘画一条直线，两条线的交角即为Cobb角。

②其他脊柱侧凸畸形指标。躯干位移(trunk shift,TS)：经过顶锥中心画一条水平线(ab)，点a和点b分别是经过顶椎中心点的水平参考线同胸廓左缘(a)和右缘(b)的交点。线ab的中点为c，经过c做一条垂线作为参考线，即为躯干垂直参考线(vertical trunk reference,VTRL)，TS就是VTRL与骶骨中垂线(center sacral vertical line,CSVL)之间的距离。顶椎旋转度(apex vertebral rotation,AVR)：采用Nash-Moe法，根据正常X线片上顶锥椎弓根的位置，将其等分为5度。0度，椎弓根对称；1度，凸侧椎弓根移向中线，但未超过第1格，凹侧椎弓根变小；2度，凸侧椎弓根已移至第2格，凹侧椎弓根消失；3度，凸侧椎弓根移至中央，凹侧椎弓根消失；4度，凸侧椎弓根越过中线，靠近凹侧。顶椎偏离中线距离(apex vertebral translocation,AVT)：测量脊柱侧凸的顶椎(或椎间盘)的中点到CSVL的水平距离。

③生活质量和心理状态评估：使用国际脊柱侧凸研究学会22项问卷(Scoliosis Research Society Patient Questionnaire-22,SRS-22)对患者的生活质量和心理状态进行评估。

1.3.2 随访评估

随访6个月，分别测量并记录患者治疗前、治疗3个月、治疗6个月后的Cobb角和其他脊柱侧凸畸形指标，并在治疗前和治疗6个月后使用SRS-22对患者进行心理状况评估和生活质量评估。

1.3.3 疗效评价

在治疗前、治疗3个月及治疗6个月后，所有患者均由同一个医生进行Cobb角测量。有效：Cobb角减少＞ 5°。无效：Cobb角减少≤ 5°[12-13]。

1.4 统计学分析

采用SPSS 21.0进行数据处理。组内比较用配对t检验，组间比较用独立样本t检验。显著性水平α=0.05。

2 结果

所有病例均获得随访。

2.1 SRS-22评分

治疗前，两组SRS-22各维度评分无显著性差异(P＞0.05)。治疗后，运动训练组功能/活动度、疼痛和自我形象/外观三个维度评分较治疗前升高(P＜0.05)，而精神健康/心理评分与治疗前无显著性差异(P＞0.05)；矫形器组疼痛、精神健康/心理评分与治疗前比较无显著性差异(P＞0.05)，功能/活动度和自我形象/外观评分降低(P＜0.05)。治疗后，运动训练组功能/活动度、疼痛、自我形象/外观和治疗满意度均优于矫形器组(P＜0.05)；两组精神健康/心理评分无显著性差异(P＞0.05)。见表2。

2.2 Cobb角

治疗前，两组Cobb角无显著性差异(P＞0.05)。治疗3个月及治疗6个月后，两组Cobb角均显著小于治疗前(P＜0.001)。治疗3个月后，两组间Cobb角比较无显著性差异(P＞0.05)。治疗6个月后，矫形器组Cobb角小于运动训练组(P＜0.05)。见表3。

2.3 其他侧凸畸形指标

治疗3个月后及治疗6个月后，两组TS、AVR、AVT均优于治疗前(P＜0.05)。治疗3个月后，两组间TS、AVR和AVT比较无显著性差异(P＞0.05)；治疗6个月后，矫形器组TS、AVR和AVT均优于运动训练组(P＜ 0.05)。见表4～表6。

2.4 疗效

两组均取得较高的治疗有效率，两组间比较无显著性差异(P＞0.05)。见表7。

3 讨论

3.1 AIS的生物力学改变

脊柱生物力学的稳定主要包括静力系统的稳定和动力系统的稳定，静力系统主要由椎骨、椎间盘和韧带维持，动力系统的稳定主要由脊柱周围的肌肉提供。脊柱的侧凸畸形会导致脊柱生长力线不平衡加剧，从而加重椎体、椎间盘等脊柱静力系统的失衡。而脊柱侧凸患者多存在凸侧肌力下降而凹侧肌力增强，最终导致脊柱周围肌肉力量的不平衡加剧，进一步造成脊柱动力系统的失衡。因此，脊柱侧凸造成的脊柱静力系统和动力系统的失衡会共同加剧脊柱侧凸的发展[12]。

此外，脊柱侧凸畸形后，椎骨凹面的外皮质骨较凸面厚，证实脊柱侧凸会导致凹面和凸面承载的压力不同，按Heuter-Volkman生长发展规律，凹处骨骺压力增加，骨的发育受到抑制；而青少年正处于发育阶段，快速的生长发育以及重力的因素会加重侧凸畸形[14-15]。

3.2 运动训练的作用及矫治原理

处于骨骼生长期的青少年，由于脊柱椎体尚未发育完全、脊柱两侧肌肉肌力不平衡、脊柱内部关节活动度较大等原因都能够导致脊柱侧凸畸形。运动训练选择性加强凸侧椎旁肌的肌肉力量，牵拉凹侧已经挛缩的肌肉、韧带，使两侧肌力达到平衡；通过呼吸在内部对侧凸和身体姿势产生矫正作用；从而达到矫正胸段脊柱旋转，阻止脊柱侧凸进展，重塑脊柱的稳定性和躯干的平衡状态，改善呼吸功能的矫治目的[16-17]。

此外，一篇综述指出[18]，AIS患者存在骨量减低的比例为20%～38%。可见AIS的发生与青少年所处的特定年龄阶段和发育状态紧密相关。适量的体育锻炼及钙剂和维生素D的摄入对于青少年时期的骨骼发育具有重要意义。运动训练不仅能增加肌力、有氧能力和运动能力，还能够增加骨密度，从而帮助降低由于骨量减低导致骨骼畸形的风险[19]。

3.3 矫形器的作用及矫治原理

根据国际脊柱侧凸整形外科和康复治疗协会(Society on Spinal Orthopedic and Rehabilitation Treatment,SOSORT)指南，三点力矫正系统被认为是矫正脊柱侧凸的基本生物力学原理，对于一个给定的胸段弯曲，建议于凸侧后外侧施加一矫正力并结合相应的对抗矫形力，对弯曲进行控制、矫正。矫正原理主要分为被动矫正和主动矫正两种机制。被动矫正通过矫形器的压力垫和释放空间形成多组三点力系统，对躯干突起的部位施加压力，使软组织从凸侧部位(压力区)转移到凹侧部位(释放空间)，从而改变脊柱的生物力学关系，调整关节序列，控制脊柱的运动，改变脊柱肌肉力量和韧带结构的不平衡，达到矫治畸形的目的。主动矫正主要是胸廓在矫形压力垫和释放空间的作用下的不对称设置引导呼吸运动，即训练患者用凹侧肺部吸气凸侧肺部呼气来建立新的呼吸平衡，从而引导脊柱特别是骨骺的生长发育，矫治存在的脊柱三维畸形[20]。

表2 两组治疗前后SRS-22各维度评分比较

表3 两组治疗后Cobb角比较(°)

表5 两组治疗前、后侧凸畸形指标AVR矫正比较(°)

表6 两组治疗前、后侧凸畸形指标AVT矫正比较(mm)

表7 两组疗效比较[n(%)]

3.4 存在不足及前景展望

对于Cobb角在25°～40°的AIS患者，矫形器治疗是普遍认可的保守治疗手段，但也有研究指出矫形器矫正效果主要体现在脊柱侧向弯曲的控制上，对于三维矫正(即同时对侧向弯曲、轴向旋转以及肋骨不对称性突起、胸椎后凸以及腰椎前凸进行矫正)的效果不够理想。而且由于佩戴矫形器周期较长，每天佩戴时间太久，不可避免会对皮肤产生压红，加之周围人群对其异样的看法，对AIS患者的生活质量和心理状况会产生较大的影响，造成对矫形器治疗产生抵触情绪，从而降低治疗的依从性[21-22]。

本研究结果表明，运动训练对于脊柱侧凸畸形的主要评价指标，包括Cobb角、TS、AVR和AVT的效果虽然不及矫形器治疗，但是在改善AIS患者生活质量和心理状况方面的效果要优于矫形器治疗。也有研究指出[9]，运动训练的介入不仅能减小矫形器对患者身心健康的影响，也能提高矫形器的三维矫治效果。因此，对于Cobb角在25°～40°的AIS患者，矫形器结合运动训练的治疗方案也许能取得更好的疗效。目前AIS运动训练存在众多训练方法和治疗理念，疗效评价也尚未统一，还需进一步深入研究[23]。

此外，如何将矫形器与运动训练进行有效结合，例如两种治疗方案每天介入的时间，两种治疗方法是同步进行还是先进行运动训练来改善脊柱的柔韧性，再行矫形器治疗，尚存争议。对于运动训练的推荐，两个国际性脊柱侧凸权威机构SOSORT和SRS发表的指南中也不尽相同。因此，如何将两种治疗方法进行科学融合，在矫治侧凸畸形的同时，改善患者的生活质量和心理状态，需要进一步研究。已有研究指出[24-25]，对于Cobb角在25°～40°AIS患者，治疗应以矫形器介入为主，结合适度的运动训练可能疗效更佳。